CN107558492A - 一种复合型地下防渗隔离墙结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型地下防渗隔离墙结构及施工方法。一种复合型地下防渗隔离墙结构，它包括竖向设置的墙体、设置在墙体内的每层所采用材料各不相同的至少两层功能层，功能层的设置方向与墙体平行，至少一层功能层为板状。一种基于上述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，包括以下步骤：a.在需设置防渗隔离墙的位置挖掘成槽，槽内注入墙体材料，在墙体材料中***功能层板状材料；b.将板状材料***至设计标高；c.并排***第二块板状材料，两块板状材料之间通过卡扣连接以确保接缝密合质量，防止渗滤液浸出；d.将第二块板状材料***至设计标高；e.按照步骤c至步骤d继续循环***后续板状材料至施工完成。

Description

一种复合型地下防渗隔离墙结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种复合型地下防渗隔离墙结构及施工方法。

背景技术

近年来，我国城市化进程非常迅速，工业与市政环保基础设施建设及运营管理水平相对滞后，导致我国城市地下水土污染日益严重。土壤污染的定义为：由于人类活动产生的有害、有毒物质进入土壤，积累到一定程度，超过土壤本身自净能为，导致土壤性状和质量变化，构成对人体和生态环境的影响和危害。由于雨淋和冲刷等作用必然产生含有有害成份的渗滤液，如不采取有效的防渗措施，渗滤液会随着地下水的渗流迁移，造成污染场地周围生态的污染。渗滤液污染物主要包括3种类型:(1)水溶性有机物，可表示为化学需氧量(COD)或总有机碳 (TOC)，包括挥发性脂肪酸以及富里酸类和腐殖酸类化合物等；(2)异型生物质的有机物(XOCs)，主要来源于家庭和工业化学制品，包括一系列的芳香族碳氢化合物、苯类物质和氯代脂肪烃等；(3)重金属污染，包括Cd²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、 Ni²⁺及Zn²⁺等。城市地下水土污染具有如下特点：(1)空间离散性大，造成污染场地勘查评价困难；(2)土体和地下水污染共存，取样过程中土样化学原样性保持难度大；(3)以复合污染为主，常出现重金属和有机污染物共存，要求治理修复方法适用性广；(4)污染物运移深度较大，地质条件复杂，修复难度高。城市地下水土污染上述特点为其勘查、治理和修复带来了巨大的科学和技术挑战。

隔离墙早期主要应用于大型或者水库的防渗工程。随着技术的发展，如图1 所示，隔离墙在污染控制工程中得到越来越多的运用，图1中标号1为隔离墙，箭头表示污染物渗透方向。常用竖向隔离墙工程可以下几类：土－膨润土隔离墙、塑性混凝土隔离墙、普通混凝土隔离墙(刚性混凝土隔离墙)、水泥土搅拌桩墙以及土工膜－膨润土复合隔离墙等。不同国家对竖向隔离墙类型的侧重也有所差别，我国目前多采用水泥(塑性混凝土或水泥土)注浆帷幕作为主要隔离墙形式，以阻隔填埋场内渗滤液。

上述的现有隔离墙各有优缺点。如附图2所示的表格列出了常用竖向隔离墙的缺点。一方面，现行常用的隔离墙由于干湿循环与冻融循环的影响，在长期服役后防渗效果会削弱，另一方面，面对日益复杂的水土污染情况，单一结构的竖向防渗隔离墙已经难以满足复杂的污染现状。已有研究表明某些重金属的存在会阻碍水泥水化，并在长时间内对水泥固化体产生不良的影响，降低了防渗墙的强度，并在固化体内产生贯通裂缝，使墙体失去防渗隔离效果，所以在使用水泥系防渗墙时需要考虑水泥与污染物的相容性。膨润土虽然对于污染物的相容性好于水泥，但形成的防渗墙强度低，应用范围受到限制，且在高浓度的复合污染物的侵蚀下墙体的防渗阻隔性能一般难以达到规范要求的防渗标准。

土工膜－膨润土复合隔离墙虽然渗透系数值低，隔离效果好，然而工程中污染场地往往以复合污染为主，常出现多种重金属和有机等污染物共存的情况，污染情况极其复杂，如附图3所示的表格，常规单一种类的土工材料有一定的局限性，且复杂的污染情况下，渗滤液及其携带的大量污染物更容易击穿屏障，大大缩短使用寿命，所以这种单一结构的隔离墙难以满足复杂的隔污防渗要求。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明的目的在于提出一种复合型地下防渗隔离墙结构及施工方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种技术方案：一种复合型地下防渗隔离墙结构，它包括竖向设置的墙体、设置在墙体内的每层所采用材料各不相同的至少两层功能层，功能层的设置方向与墙体平行，至少一层功能层为板状。

进一步地，功能层采用的材料包括聚乙烯板、高密度聚乙烯板、超高分子量聚乙烯板或聚氯乙烯板。

进一步地，功能层采用的材料包括介孔炭/氧化硅复合材、凹凸棒石/活性炭纳米复合材料或丙烯酰胺复合型高吸水树脂。

进一步地，相邻两层功能层之间的距离不小于150mm。

进一步地，墙体采用水泥-膨润土或土-膨润土。

本发明还提供了另一种技术方案：一种基于上述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，包括以下步骤：

a.在需设置防渗隔离墙的位置挖掘成槽，槽内注入墙体材料，在墙体材料中***功能层板状材料；

b.将板状材料***至设计标高；

c.并排***第二块板状材料，两块板状材料之间通过卡扣连接以确保接缝密合质量，防止渗滤液浸出；

d.将第二块板状材料***至设计标高；

e.按照步骤c至步骤d继续循环***后续板状材料至施工完成。

进一步地，步骤a中，通过开槽机来进行挖掘成槽。

进一步地，步骤a中，墙体材料为水泥膨润土固化浆液或土-膨润土混合料。

进一步地，板状材料包括本体、设置在本体的在高度方向上的两侧边的连接部，该连接部的水平截面呈U形，相邻两块板状材料的连接部相互扣接，形成步骤b中的卡扣。

更进一步地，连接部包括外侧边缘、位于外侧边缘与本体之间的容纳槽，当相邻两块板状材料的连接部相互扣接，每个连接部的外侧边缘***另一个连接部的容纳槽内。

由于采用上述技术方案，本发明复合型地下防渗隔离墙结构及施工方法，相较现有技术，具有以下优点：

1、可以根据混合污染物的种类，有选择性的使用多种隔离吸附材料，在地下防渗墙的设计阶段，可根据所需隔离场地的具体污染情况，选择有效的隔离吸附材料与合适的功能层层数，使设计更有针对性；

2、功能层与隔离墙墙体共同作用，有效降低复合污染物的浸出，在新型复合型地下防渗隔离墙结构中，一方面，防渗墙墙体本身就具有一定的抗渗性，另一方面，功能层对于污染物有着很大的隔离吸附能力，多重不同材料的功能层联合使用可以有效阻隔混合污染物的浸出。这两方面的协同作用，大大降低了场地中污染物质浸出的可能性，为工程提供了“多重保险”；

3、功能层与墙体材料相间隔的复合结构对功能层提供了保护，墙体材料阻隔了污染场地内的碎石等杂物与功能层的直接接触，有效的阻止了尖锐硬物对于功能层的物理损伤，保证了功能层的使用寿命；

4、通过新型施工方法，使各种不同形态的阻隔吸附材料运用于防渗隔离墙成为可能，阻隔吸附材料一般可以分为膜与板两种形态，本发明针对膜状材料的施工方法，不会对板状材料的施工造成影响，以保证这种新型复合型地下防渗隔离墙的施工。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

附图1为现有技术中防渗隔离墙的示意图；

附图2为现有技术中常用竖向隔离墙缺点列表；

附图3为现有技术中土工材料对于污染物的阻隔能力列表，其中，P代表差，G代表良好，IIR为Butyl rubber(丁基橡胶)，CPE为Chlorinated polyethylene (氯化聚乙烯)，CSM为Chlorosulfonated polyethylene(氯磺化聚乙烯橡胶)， ECO为epichlorohydrincopolymer(共聚型氯醚橡胶)，EPDM为Ethylene propylene diene monomer(三元乙丙橡胶)，CR为Polychloroprene(氯丁橡胶)，PE为 Polyethylene(聚乙烯)，PVC为Polyvinylchloride(聚氯乙烯)；

附图4为本发明中复合型地下防渗隔离墙结构示意图；

附图5为本发明复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法中步骤a的结构示意图；

附图6为附图5中A局部示意图；

附图7为本发明复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法中步骤b的结构示意图；

附图8为本发明复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法中步骤c的结构示意图；

附图9为附图8的两块板状材料连接处的局部示意图；

附图10为本发明复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法中步骤d的结构示意图。

图中标号为：

10、隔离墙；

20、墙体；21、功能层；22、板状材料；23、本体；24、墙体材料；25、连接部；251、外侧边缘；252、容纳槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参照附图4，本实施例中的一种复合型地下防渗隔离墙结构，它包括竖向设置的墙体1、设置在墙体1内的至少两层功能层2，功能层2的设置方向与墙体 1平行，至少一层功能层2为板状。每层功能层2所采用材料各不相同。附图4 中箭头表示污染物渗透方向。

在一种更为优选的实施方案中，所有的功能层2可以全部采用板状材料，也可既有膜状材料，又有板状材料。

板状的功能层2采用的材料包括聚乙烯(PE-Polyethylene)板、高密度聚乙烯(HDPE-High Density Polyethylene)板、超高分子量聚乙烯(UHMWPE-Ultra HighMolecular Weight Polyethylene)板或聚氯乙烯(PVC-Polyvinyl chloride)板。

膜状的功能层2采用的材料可以为丁基橡胶(IIR-Butyl rubber)卷材、氯化聚乙烯橡胶(CPE-Chlorinated polyethylene)卷材、氯磺化聚乙烯(CSM- Chlorosulfonatedpolyethylene)橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM-Ethylene propylene diene monomer)卷材、氯丁橡胶(CR-Polychloroprene)卷材、聚乙烯(PE- Polyethylene)土工膜、高密度聚乙烯(HDPE-High Density Polyethylene)土工膜或聚氯乙烯(PVC-Polyvinyl chloride)土工膜。

在一种更为优选的实施方案中，功能层2还采用新型的隔离吸附材料，包括氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、介孔炭/氧化硅复合材、凹凸棒石/活性炭纳米复合材料或丙烯酰胺复合型高吸水树脂。

在上述的新型隔离吸附材料中：1、对于油类污染，氟橡胶、硅橡胶与氟硅橡胶在高低温下都具有良好的阻隔与耐腐蚀能力；3、对于有机污染，介孔炭/氧化硅复合材由于其兼具了活性炭和介孔材料的优点，能够达到了很好的吸附大分子有机污染物的效果；4凹凸棒石/活性炭纳米复合材料对亚甲基蓝有很大的吸附能力(可达346mg/g)，凹凸棒石/活性炭纳米复合材料是以凹凸棒石为模板，纤维素为碳源，氯化锌为活化剂，在一定的煅烧条件下，通过一步碳化活化的方法制备而得；4、对于重金属污染，丙烯酰胺复合型高吸水树脂在Cu²⁺的初始浓度为1000mg/L时的吸附量为299mg/g，丙烯酰胺复合型高吸水树脂在高温高压下保持高保水能力，是一种迅速发展起来的有机吸附材料，对重金属有很强的吸附能力。

在一种更为优选的实施方案中，相邻两层功能层2之间的距离不小于 150mm。

在一种更为优选的实施方案中，墙体采用水泥-膨润土或土-膨润土。

本复合型低下防渗隔离墙结构，可根据目标修复场地中的复合污染物具体情况，选择适宜的隔离吸附材料作为功能层。墙体结构为多层功能层与墙体材料相互间隔的复合结构。墙体材料为防渗墙结构提供强度并在一定程度上起到防渗的作用，复合防渗墙对于污染物的防渗阻隔能力主要由功能层提供，根据场地渗滤液中污染物的种类确定功能层的材料组成，根据污染物类别的复合数量确定功能层的层数。这种复合结构为防渗墙提供了“多重保险”，避免了污染物在地下环境中的浸出。

本实施例还提供了一种基于上述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，包括以下步骤：

a.在需设置防渗隔离墙的位置挖掘成槽，槽内注入墙体材料24，在墙体材料24中***功能层板状材料22，如附图5所示，图中箭头表示板状材料22的***方向；

b.将板状材料22***至设计标高，如附图7所示，图中箭头表示板状材料 22的***方向；

c.并排***第二块板状材料22，两块板状材料22之间通过卡扣连接以确保接缝密合质量，防止渗滤液浸出，如附图8和附图9所示；

d.将第二块板状材料22***至设计标高，如附图10所示；

e.按照步骤c至步骤d继续循环***后续板状材料22至施工完成。

在一种更为优选的实施方案中，步骤a中，通过开槽机来进行挖掘成槽。

在一种更为优选的实施方案中，步骤a中，墙体材料24为水泥膨润土固化浆液或土-膨润土混合料。

在一种更为优选的实施方案中，参照附图6、附图8和附图9，板状材料22 包括本体23、设置在本体23的在高度方向上的两侧边的连接部25，该连接部 25的水平截面呈U形，相邻两块板状材料22的连接部25相互扣接，形成步骤 b中的卡扣。更具体地，连接部包括外侧边缘251、位于外侧边缘251与本体23 之间的容纳槽252，当相邻两块板状材料22的连接部25相互扣接，每个连接部 25的外侧边缘252***另一个连接部25的容纳槽252内。

综合考虑对于不同种类混合污染物的适用性，本发明将不同性状的隔离吸附材料通过相应的施工工艺对隔离墙体进行处理，形成多层功能层与墙体材料相互间隔的新型复合型墙体结构，这种复合型地下防渗隔离墙具有以下优点：1. 根据所需处理的污染场地的具体复合污染物类型，有目的性的选择合理的隔离吸附材料作为功能层，其与墙体材料共同构筑所成的复合型地下防渗墙可以最大限度的阻止复合污染物的浸出；2.防渗墙墙体材料对隔离吸附功能层形成保护，防止功能层受到修复场地内尖锐物体的损坏，保证了防渗隔离墙的服役寿命；3. 新型的施工方法为不同性状的隔离吸附材料与墙体材料形成复合型地下防渗墙提供了可行性。

实验验证：

某化工有限公司厂区由于城市规划的变更需要进行厂址搬迁，原厂址遗留了大片的污染场地，场地内污染物主要为油类污染与重金属污染，原地基中分布有四层近18m厚的粉质粘土，不透水层位于地下约21m处。复合型地下防渗隔离墙采用两层功能层2的复合结构，功能层2从内至外(隔离墙的靠近污染区的一侧为内，远离污染区的一侧为外)分别为氟橡胶卷材和聚氯乙烯(PVC)板，墙体1为水泥膨润土，隔离墙厚度为600mm，墙底伸入不透水层500mm，功能层2与墙体1的侧面之间、两层功能层2之间的距离均为200mm。

项目竣工后测得墙体饱和渗透系数在1×10^-11m/s左右，防渗隔离墙外的地下水中未检测出污染物，经过近5年的使用，竖向隔离墙的渗透系数并没明显变化，对于污染物的吸附阻隔作用依然良好，使用期间所监测地下水水质正常，验证了方案的有效性和可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合型地下防渗隔离墙结构，其特征在于：它包括竖向设置的墙体、设置在所述墙体内的每层所采用材料各不相同的至少两层功能层，所述功能层的设置方向与墙体平行，至少一层所述的功能层为板状。

2.根据权利要求1所述的一种复合型地下防渗隔离墙结构，其特征在于：所述功能层采用的材料包括聚乙烯板、高密度聚乙烯板、超高分子量聚乙烯板或聚氯乙烯板。

3.根据权利要求1所述的一种复合型地下防渗隔离墙结构，其特征在于：所述功能层采用的材料包括介孔炭/氧化硅复合材、凹凸棒石/活性炭纳米复合材料或丙烯酰胺复合型高吸水树脂。

4.根据权利要求1所述的一种复合型地下防渗隔离墙结构，其特征在于：相邻两层所述功能层之间的距离不小于150mm。

5.根据权利要求1所述的一种复合型地下防渗隔离墙结构，其特征在于：所述的墙体采用水泥-膨润土或土-膨润土。

6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，包括以下步骤：

a.在需设置防渗隔离墙的位置挖掘成槽，槽内注入墙体材料，在所述墙体材料中***功能层板状材料；

b.将所述板状材料***至设计标高；

c.并排***第二块板状材料，两块板状材料之间通过卡扣连接以确保接缝密合质量，防止渗滤液浸出；

d.将所述第二块板状材料***至设计标高；

e.按照步骤c至步骤d继续循环***后续板状材料至施工完成。

7.根据权利要求6所述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，其特征在于：所述的步骤a中，通过开槽机来进行挖掘成槽。

8.根据权利要求6所述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，其特征在于：所述的步骤a中，所述墙体材料为水泥膨润土固化浆液或土-膨润土混合料。

9.根据权利要求6所述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，其特征在于：所述板状材料包括本体、设置在所述本体的在高度方向上的两侧边的连接部，该连接部的水平截面呈U形，相邻两块板状材料的连接部相互扣接，形成所述步骤b中的所述卡扣。

10.根据权利要求9所述的复合型地下防渗隔离墙结构的施工方法，其特征在于：所述的连接部包括外侧边缘、位于所述外侧边缘与所述本体之间的容纳槽，当相邻两块板状材料的连接部相互扣接，每个所述连接部的外侧边缘***另一个连接部的容纳槽内。